原标题:爱因斯坦的冷却机
爱因斯坦的震惊爱因斯坦是个伟大的科学家,他那习惯于考虑宇宙大谜团的脑袋,有时也会来点巧妙的发明。例如,他曾发明了一款冷却机,巧妙地利用了物质的化学性质,非常节能,不用一点电,只需要一点热量就行了。
情况是这样的。那是在1926年,爱因斯坦和他的学生看到报纸上的一篇报道,柏林的一户人家被冰箱里的毒气杀死了。冰箱里怎么会有毒气了呢?原来那时候氟利昂还未被发明出来,冰箱制冷剂采用的是丙烷等有毒的碳氢化合物。丙烷作为制冷剂制冷效果不好,为了达到需要的制冷量,往往需要更多的丙烷来制冷。制冷剂加多了,压缩机的负荷就大,一旦这些活动部件密封不严,就容易导致制冷剂泄漏。
看到这个报道,爱因斯坦很震惊,他想,冰箱制冷系统需要压缩机这种活动的部件来工作,时间长了,肯定会因磨损而出现漏洞,这种系统潜伏着较大的危险。为了消除冰箱里这种潜在的危险,爱因斯坦就和他的学生联手搞起发明来,学生动手,他来指导,于是不久,一款非常简单、节能的制冷系统就面世了。在这款制冷系统中,爱因斯坦采用了氨和水作为制冷剂,并且去掉了压缩机。
巧妙而节能的设计氨和水怎么能用来制冷呢?为了能看懂爱因斯坦的设计,我们把它与有压缩机的冰箱进行对比。
有压缩机的冰箱一般是这么工作的:液体制冷剂通过管道上的小口阀门进入制冷室减压蒸发,变成气体,科学上叫“节流膨胀”,这会吸收制冷室的热量,从而起到制冷作用。然后制冷剂气体再进入压缩机加压,加压后,制冷剂温度升高,再流经设在冰箱外面的散热管散热,制冷剂气体温度降低,变成液体。然后再开始下一个循环。这样,冰箱内的热量就通过这套系统被带到了冰箱外面,从而冰箱内温度降低。这个过程,制冷剂经过了气化吸热和液化放热的过程。
而爱因斯坦的冷却机是这样工作的:高浓度氨水吸收周围的热量,挥发变成氨气,使制冷室温度降低。挥发出的氨气通过管道流出,被水吸收,经过加热、回收等工序,就又形成高浓度氨水,流回高浓度氨水罐。若把这套系统直接放在室内,把散热器放在室外,就是空调了。若把这套系统缩小到一个密封小室里,就是冰箱了。
这个过程不用电能来完成,一个工厂尾气的余热或汽车尾气的余热等废热就可以开动它。而要想把这种冷却机装到家里,只需要在屋顶上放个太阳能热水器,就可以用其中的热水来开动这个冷却机了。不过在1930年代,人们还没有有效利用太阳能的设备,但即使用电,它也比传统冰箱节能得多,因为传统冰箱的压缩放热浪费了大量电能。
无法享受的发明爱因斯坦的冷却机发明出来后,就被一个生产厂家看上了,但是人们很快发现,这种空调或冰箱如果要达到足够的制冷效果,需要很大的体积,很占地方。因此,爱因斯坦的冷却机被制造出来后,它只是在一些工厂中使用,很少走入平民百姓家。
其实这种冷却机的原理并不是爱因斯坦创造的,19世纪就有人想到用水和硫酸来作为制冷剂,制造了简单的冷却机了,这种冷却机是利用了硫酸吸收水的性质。爱因斯坦只是发明了一套利用氨和水的制冷系统。
爱因斯坦以后的人又对这种冷却机进行了改进,并且找出了很多新的制冷剂,例如用硅胶和水作为制冷剂。就是说,水蒸发吸热制冷,水蒸气被硅胶吸附,因此可以保证水罐上方不会被水蒸气充满,可以不断蒸发。硅胶中的水也是通过加热的方式释放出来,流动到室外散热,冷凝成液体水,进入水罐。
由于硅胶和水都是无毒的,并且非常常见,因此现在的吸收式空调都是用硅胶和水作为制冷剂的。这种冷却机的整个制冷系统也很大个,因此也都是用于工厂,充分利用工厂释放的废热。
走入寻常百姓家不过如今科学家发明出一种比硅胶更加多孔的吸附剂,具有纳米级的空洞,因此具有比硅胶更大的吸水面积,被科学家叫做“纳米海绵”,同样重量的纳米海绵和硅胶相比,纳米海绵可以吸收的水量比硅胶多3倍。
而且纳米海绵与水分子结合得并不是很紧密,这样它吸水和释放水的速度就快得多,比硅胶快50到100倍。这样,相当于硅胶1/4大的纳米海绵就可以达到同样的制冷能力。这样,空调的体积就可以大大缩小了,装到室内与普通空调看上去差不多大,再在屋顶装个太阳能加热器,就可以开动这个空调不断给室内降温了,以后再也不用眼睁睁看着空调让电表飞速旋转了。另外,这种空调的价格和安装费用也大大降低了。也许不久,这种超级节能的吸收式空调就会走入千家万户。